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日本单电极膜片钳

来源:因斯蔻浦(上海)生物科技有限公司 发布时间:2023年02月20日

1980年,Sigworth、Hamill、Neher等在记录电极内施加负压吸引,得到了10~100GΩ的高阻封接(gigaseal),降低记录噪声,实现了单根电极既钳制膜电位又记录单通道电流。获1991年Nobel奖。1955年,Hodgkin和Keens应用电压钳(Voltageclap)在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞的运动,并提出了"通道"的概念。1963年,描述电压门控动力学的Hodgkin-Hx上模型(简称H-H模型)荣获谱贝尔医学/生理学奖。1976年,Neher和Sakmann建立膜片钳(Patchclamp)按术。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。1991年,Neher和Sakmann的膜片铺技术荣获诺贝尔医学/生理学奖。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。日本单电极膜片钳

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80年代初发展起来的膜片钳技术(patchclamptechnique)为了解生物膜离子单通道的门控动力学特征及通透性、选择性膜信息提供了直接的手段。该技术的兴起与应用,使人们不仅对生物体的电现象和其他生命现象更进一步的了解,而且对于疾病和药物作用的认识也不断的更新,同时还形成了许多病因学与药理学方面的新观点。膜片钳技术是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。它和基因克隆技术(genecloning)并架齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。芬兰双分子层膜片钳电生理工具全细胞膜片钳记录是应用较早,也是普遍的钳位技术。

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实验溶液浸溶细胞溶液和微电极玻璃管内的填充液成分对全细胞膜片钳记录也是很重要的内容,这关系到封接的容易程度、细胞存活状态及膜电位的状态等。在实验记录过程中,尤其是神经生物学实验,需要迅速更换细胞浸溶液浓度以免受体敏感性降低(desensitization)或需要模拟快速突触反应的寿命。原则上细胞的浸溶液成分或玻璃管内填充液成分应该与细胞外或细胞内间质的成分相似,实际研究中,为了探讨某些通道或电位特性,对这些实验溶液的成分或浓度会作必要调整,没有哪种溶液是理想的。

离子选择性(selectivity)(大小和电荷)∶某一种离子只能通过与其相应的通道跨膜扩散(安静∶K>Na100倍、兴奋;Na>K10-20倍);各离子通道在不同状态下,对相应离子的通透性不同。门控特性(Gating)∶失活状态不仅是通道处于关闭状态,而且只有在经过一个额外刺激使通道从失活关闭状态进入静息关闭状态后,通道才能再度接受外界刺激而***开放。离子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.产生细胞生物电现象,与细胞兴奋性相关。2.神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆3.维持细胞正常形态和功能完整性膜离子通道的基因变异及功能障碍与许多疾病有关,某些先天性与后天获得性疾病是离子通道基因缺陷与功能改变的结果,称为离子通道病(ionchannelpathies)。小片膜的孤立使对单个离子通道进行研究成为可能。

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细胞是动物和人体的基本单元,细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的,离子和离子通道是细胞兴奋的基础,亦即产生生物电信号的基础,生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科--电生理学。膜片钳技术已成为研究离子通道的黄金标准。电压门控性离子通道:膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。配体门控离子通道:神经递质(如乙酰胆碱)、ji素等与通道蛋白上的特定位点结合,引起蛋白构像的改变,导致通道的打开。膜片钳技术原理膜片钳技术是用玻璃微电极接触细胞,形成吉欧姆(GΩ)阻抗。芬兰双分子层膜片钳电生理工具

膜片钳技术是用玻璃微电极吸管把只含1-3个离子通道、面积为几个平方微米的细胞膜通过负压吸引封接起来。日本单电极膜片钳

膜片钳在通道研究中的重要作用用膜片钳技术可以直接观察和分辨单离子通道电流及其开闭时程、区分离子通道的离子选择性、同时可发现新的离子通道及亚型,并能在记录单细胞电流和全细胞电流的基础上进一步计算出细胞膜上的通道数和开放概率,还可以用以研究某些胞内或胞外物质对离子通道开闭及通道电流的影响等。同时用于研究细胞信号的跨膜转导和细胞分泌机制。结合分子克隆和定点突变技术,膜片钳技术可用于离子通道分子结构与生物学功能关系的研究。利用膜片钳技术还可以用于药物在其靶受体上作用位点的分析。如神经元烟碱受体为配体门控性离子通道,膜片钳全细胞记录技术通过记录烟碱诱发电流,可直观地反映出神经元烟碱受体活动的全过程,包括受体与其激动剂和拮抗剂的亲和力,离子通道开放、关闭的动力学特征及受体的失敏等活动。使用膜片钳全细胞记录技术观察拮抗剂对烟碱受体激动剂量效曲线的影响,来确定其作用的动力学特征。然后根据分析拮抗剂对受体失敏的影响,拮抗剂的作用是否有电压依赖性、使用依赖性等特点,可从功能上区分拮抗剂在烟碱受体上的不同作用位点,即判断拮抗剂是作用在受体的激动剂识别位点,离子通道抑或是其它的变构位点上。日本单电极膜片钳

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